304不锈钢激光表面微造型与其摩擦磨损性能研究

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1、上海交通大学硕士学位论文304不锈钢激光表面微造型与其摩擦磨损性能研究硕士研究生：靳广林学号：1120209009导师：胡俊(副教授)申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterLaserSurfaceTexturingandtheStudyofFrictionandWearPropertiesof304StainlessSteelCandid

2、ate：JinGuanglinStudentID:1120209009Supervisor：AssociateProf.HuJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：February,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学工学硕士

3、学位论文摘要304不锈钢激光表面微造型与其摩擦磨损性能研究摘要在滑动摩擦中，对接触表面进行特殊的微造型处理可以有效减小摩擦损失。激光表面微造型是加工微坑形貌一种高效和可控的方法。由于激光束脉冲的强度高，微坑附近的表面区域也经历了熔化和快速重新凝固的过程。各国学者很少有人关注微坑周围凸起对摩擦性能和磨损行为的影响，相关研究文献也甚少。因此，研究不同参数对微造型形貌和尺寸的影响以及凸起在摩擦性能中的作用至关重要。本文介绍了激光表面微造型技术的研究现状，分析了加工过程中所涉及的物理现象及其对微造型形貌的影响，建立了脉冲激光烧蚀微坑的数值仿真模型，并进

4、行了试验验证，讨论了不同激光参数对微造型形貌和尺寸的影响，研究了微造型及其凸起的摩擦磨损性能，具体内容如下：首先，详述了激光表面微造型的物理原理，分析了反冲压力、表面张力和辅助气体对熔融金属的流体动力学作用。以304不锈钢板为I上海交通大学工学硕士学位论文摘要研究对象，综合考虑上述影响因素，建立了激光烧蚀微坑的数值仿真模型，分析了不同能量和脉冲个数对微坑形貌和尺寸的影响。进行了激光表面微造型的试验。采用控制变量法，研究了脉冲能量、脉冲个数和脉冲频率对微造型形貌的影响，脉冲能量、脉冲个数和强气压对微造型尺寸的影响，结合加工过程中出现的反冲压力在能

5、量平衡中的作用以及表面张力在Marangoni流动中的作用，阐述了出现形貌和尺寸变化的原因，据此进行激光表面微造型的加工优化。进行了激光表面微造型的摩擦磨损试验。对比分析了不同工况下的普通试样、微造型试样和去除凸起的微造型试样的摩擦性能，发现未去除凸起的微造型试样有着最好摩擦性能，分析了微造型凸起在滑动摩擦中的作用机理，并进行了磨损实验。最后，论文对所做的工作进行了总结，并对今后的进一步研究方向进行了展望。关键词：激光加工；微造型；微坑；凸起；摩擦磨损II上海交通大学工学硕士学位论文AbstractLaserSurfaceTexturingan

6、dtheStudyofFrictionandWearPropertiesof304StainlessSteelAbstractIntroducingspecifictexturesonatribologicalsurfacecancontributetofrictionreductioninslidingcontacts.Lasersurfacetexturingisakindofefficientandcontrollablemethodforproducingthetextureofmicro-pores.However,duetotheh

7、ighintensityofthelaserbeampulse,surfaceareaincloseproximitytothedimplealsoundergoesmeltingandrapidre-solidification.Thiscollateraldamageofthesurfaceisunavoidablewhenusingahighpowerlasersurfaceprocessing,leadingtoanincreasedroughnessaroundtheholes.Sofar,however,littleattentio

8、nwaspaidtothebulgesaroundthedimplesrimandtheirinfluenceonthefrictionandwear